化工原理读书报告

青岛科技大学化工原理读书报告报告题目国产大型塔器自主创新技术及其应用班级_______轻化141__________学号_____1401050123__________学生姓名_______郭振森___________2017年1月3日国产大型塔器自主创新技术及其应用轻化141—1401050123—郭振森中文摘要摘要:概括介绍了国产大型塔器系列硬件自主创新技术及其应用,对新型塔填料、液体分布器、进气初始分布器、二次气体分布盘、主梁及新型塔盘等方面的标志性技术作了简评。以炼油、乙烯和大化肥三大行业中的减压塔、汽油分馏塔和大颗粒尿素洗尘塔3座高难度大型塔器为典范,简要介绍了国产大型塔器2个发展阶段中的标志性成果。以天津100万t/a乙烯装置中12600mm汽油分馏塔国产优化方案为典型实例,通过与工艺包方案的对比,展示了国产化大型塔器跨越性进展和强劲的国际竞争力。关键词:塔器;填料;液体分布器;气体分布器;塔盘;炼油;乙烯;大化肥大型塔器技术是一个国家化工分离工程的标志性技术。大型塔器遍布大型石油化工和化工企业,其中国产化大型塔器的典型代表是500—1000万t/a炼油行业中的常减压蒸馏塔(塔径6400—13700mm);70—100万t/a乙烯行业中的汽油分馏塔(油洗塔)和水洗塔(塔径8000—13200mm);50—80万t/a大化肥行业中的大颗粒尿素洗尘塔(塔径7000—12000mm)以及其他行业中的大型塔。大型塔器分为大型填料塔、大型板式塔和大型填料/塔盘复合塔。大型塔器技术是一套综合技术,先进的理论、优化的工艺、设备的强化、制造的精良、安装的妥当、精确的控制与操作。本文拟从设备强化的角度对国产化大型塔器技术作探索性简评,侧重于大型塔填料、塔内件和塔盘等一系列自主创新技术及其在典型大型塔器中成功应用的实例。1国产大型塔器系列硬件技术1.1塔填料塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料)和散装填料规整排列3种,前2种填料应用广泛。在散装填料中,增强型金属矩鞍环、共轭环和梅花扁环为国产化填料的代表。尤其是增强型IMTP填料。其性能与IMTP填料相同,其刚度更大,不易被压扁,实用性更强,已成功地用于4900,4800，5200,5400,8800和12600mm等多座大型汽油分馏塔中。在规整填料中,单向斜波填料如JKB,SM,SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK,FLEXIPAC等同类填料水平;双向斜波填料,DAPAK等填料与国外的RASCHIGSUPER-PAK,INTALOXSTRUCTUREDPACKING同处国际先进水平;双向曲波填料等乃最新自主创新技术,与相应型号的单向斜波填料(MELLAPAK型)相比,在分离效率相同的情况下,通量可提高25%—35%,比国外的单向曲波填料MELLAPAKPLUS通量至少提高5%。上述规整填料已成功应用于6400,8200,8400,8600,8800,10200mm等多座大塔中。格栅填料也是一种规整填料,国产的ZUGRID格栅,北洋格栅和蜂窝格栅应用颇广。其中ZUGRID是一种双向斜波垂直格栅填料,它比国外的单向斜波格栅MELLAGRID传热效率更高,已成功用于4900,4800/5200,6200,8800,9000mm等多座大型汽油分馏塔中。其他规整填料如金属网孔波纹填料、空分填料及陶瓷双向斜波填料等均为国产优秀填料。各种填料和塔盘都各有优势,只能择优选择。填料的选型原则可用“三因数法”,即根据该段的液体喷淋密度、气体动能因子(F)和泛点分数来选择合适的填料。当填料层中气液负荷变化较大时,可分层选用不同型号的填料。全塔各段填料的操作弹性相近而无瓶颈存在时为最佳配置。1.2液体分布器无论是大型散装填料塔还是大型规整填料塔均存在放大效应,故应适当分段。大型塔分馏段填料的分段高度一般小于塔径尺寸,“15—20块理论板分一段”的提法不大适合于大型填料塔。而取热段的填料层高度则根据取热量和填料的体积传热系数而定。每段填料层上面均需要设计液体分布器或集液-液体再分布器。积多年工程实践经验,国内总结整理出的“液体分布器优化设计原则-赵氏定则”已成功地用于8400,8800,12600mm等多座大型塔的工程设计中,为大型塔器系列硬件优化设计带来良好的开端。就大型塔器常用的槽式、管式、盘式和喷嘴式液体分布器的实况而言,前3种国产液体分布器具有明显优势。槽式液体分布器国产化标志技术是:盘槽式气液分布器、槽盒式液体分布器和新连通槽式液体分布器。盘槽式气液分布器是由塔盘或集液盘与槽式液体分布器组合而成,具有盘上传质(或传热)和盘下淋降传质(或传热)效果。适于老塔改造和新塔设计,已成功用于6000mm和8200mm等多座大型塔器中。新连通槽式液体分布器与连通槽式液体分布器的主要差别在于前者具有液体全收集功能,可谓占位最低的槽式液体分布器。而常用的2级悬槽式液体分布器国内外水平相当,国内已成功应用于10000mm以上的大型塔器中。盘式液体分布器国产化标志性技术是槽盘式气液分布器和托盘式液体分布器。槽盘式气液分布器是获国家发明奖的标准化专利产品,其综合性能优于托盘式、筛孔盘式和溢流盘式液体分布器。其性能特点是抗堵塞、低占位和利传热,已成功应用于4200,6000,6400,8400和9000mm等数十座大型塔中,用它和一系列技术成功改造国外某公司设计的6400mm润滑油型减压塔中的槽式液体分布器,技术指标达该塔历史最好水平。管式液体分布器国产化的标志性技术是盘槽管式液体分布器和多级管式分布器。盘槽管式液体分布器是由塔盘或集液盘与槽式液体分布器和管式液体分布器三结合的产物,其特点是多功能、低占位、利传热和布液均。多级管式液体分布器解决了大型塔的排管式液体分布器和槽式液体分布器的预分布管布液不均问题。喷嘴式液体分布器目前多采用国外产品,如BETE公司的SMP型喷嘴等。已成功用于4800/5200,8800和12600mm等多座大塔中。它是压力式液体分布器,其抗堵塞能力优于重力式液体分布器,特别适合于空塔取热或填料取热段,也可以作为穿流塔盘或折流板的液体分布器。1.3进气初始分布器大型塔尤其是大型填料塔应当设置进气初始分布器和二次气体分布盘,形成2级气体分布器。在大型塔气体分布器的研发和应用方面,我国起步略晚,但后来居上。国内率先提出了进气初始分布器优化设计三原则:对称性、气体流阻和气相流路。按优选原则排序,前6名的进气初始分布器分别是:轴对称类三维导流式、轴对称类三维复合导流式、轴对称类二维导流式、面对称类三维导流式、面对称类三维复合导流式和面对称类二维导流式进气初始分布器。前4名全是国产技术。尽管双切向环流式进气初始分布器应用较多但只排在第5名。第6名是双列叶片式进气初始分布器。国产化进气初始分布器的标志性技术是辐散式进气初始分布器辐聚式进气初始分布器、三列复合叶片式进气初始分布器和双列倾斜叶片式进气初始分布器。辐散式进气初始分布器是一种轴对称类、导流型、辐散式的,由塔轴心向圆周方向喷射的进气初始分布器,已成功地用于5200,10000mm等2座大型塔中。辐聚式进气初始分布器的气体流路则是由圆周向塔轴心逆辐散(辐聚)式的进气初始分布器。而三列复合叶片式进气初始分布器和双列倾斜叶片式进气初始分布器则是双列叶片式进气初始分布器的换代产品。1.4二次气体分布盘国产大塔精密型二次气体分布盘有大孔(或栅孔)穿流筛板、角钢淋降板和溢流式塔盘等。粗分型的二次气体分布盘有槽盘式集液-气体分布盘、带圆形升气管的集油箱等。进气初始分布器与二次气体分布盘有4种匹配模式:粗/精、粗/粗、精/精和精/粗,应合理选用,推荐粗/精模式。如粗/精模式的三维复合导流式进气初始分布器/角钢淋降板(或大孔穿流筛板)已成功用于4900,4800/5200,5400,6200,9000和12600mm等多座乙烯装置大型汽油分馏塔中。双切向环流式进气初始分布器/槽盘式集液-气体分布盘组成的精/粗模式则多用于炼厂6400—14000mm减压塔中。1.5支撑主梁塔内的支撑主梁有工字梁、自身梁、栅梁、桁架梁和空间网架。工字梁多用于支撑集油箱、盘式液体分布器、管式液体分布器和塔盘等。栅梁因其消除了气体涡流而多用于支撑散装填料、规整填料和格栅填料,也可支撑塔盘、集油箱和槽盘式气液分布器等,已成功用于4800—12600mm等多座大型塔中。栅梁也可以作为空间网架的基础梁(12600mm塔)。栅梁还可以与工字梁等组成复合桁架梁,如炼厂减压塔中上托填料下托集油箱或盘式液体分布器的复合桁架梁。桁架梁主要用于支撑塔盘,也可以支撑填料、盘式液体分布器和集油箱等。桁架梁可以垂直于降液管或平行于降液管,可以1梁托1盘、1梁托2盘(如4900,4800/5200,5400,9000mm等)、1梁托N(N≥3)盘。2008年天津100万t/a乙烯装置12600mm汽油分馏塔国内首次成功设计了1梁托4盘和1梁托5盘的桁架梁,确保了塔盘的水平度≤3mm的技术要求。空间网架用途广泛,而在大型塔中的应用国内始于2008年天津100万t/a乙烯装置12600mm汽油分馏塔的折流板支撑。国外设计为1块折流板设1个工字横梁支撑,多年来常因气流引起的冲击振动而被振落。空间网架应运而生,它是由基础栅梁、立柱、短横梁、连接板和支座组成。它将急冷油循环段的16层折流板分成2段,每段空间网架托8层折流板。短折流板(长度L=2100mm)不会被振落,空间网架在大型塔中的成功应用标志着我国大型塔器的支撑装置由桁架梁阶段进入了空间网架新阶段。1.6大型塔盘国产大型塔盘的技术进展体现在4个方面:新型高效传质元件的研发及应用;塔盘整体结构优化设计及应用;全盘流体力学优化设计及应用;立体传质塔盘的研发及应用。新型高效传质元件有复合孔微型阀、菱形阀、箭形阀、微分浮阀、船型浮阀、复合孔导向梯阀、多降液管塔盘、悬挂降液管塔盘、斜孔塔盘及立体传质塔盘等。其中,复合孔微型阀在px系统大型蒸馏塔的技改中成效显著;立体传质塔盘在炼厂大型常压塔扩能技改中后来居上;导向梯形浮(固)阀在乙烯大型(10500mm)汽油分馏塔的设计中得到成功应用;菱形阀、箭形阀和微分浮阀等在大型精馏塔上均取得了显著成效。大型塔盘的整体结构优化设计主要是指塔盘主梁和塔盘板的优化设计。主梁的优化设计是前已述及的1梁托多盘的桁架梁和空间网架。塔盘板的优化设计是指“┌┐”形自身梁式塔盘板、“L”形调节板等。全盘流体力学优化设计含2方面:一是按“5等原则”,即所有塔盘各区均需按照“等液流密度、等液流强度、等液位高度、等底隙流速和等堰高”5条原则来分配液流;二是塔盘各区通过全程导流等一系列优流技术实现恒摩尔经向活塞流。该项技术已在多座大型板式塔的技改中取得显著成效。立体传质塔盘是在垂直筛板塔盘基础上发展起来的高通量三维连续传质塔盘,以LLCT、CTST和CJST为代表。并流塔盘也属其列,其差别是帽罩天窗上设置规整填料。它们的特点是在板间距空间内实现了传质传热。另一种立体传质塔盘则是穿流塔盘,它是塔盘上鼓泡传质(传热)和塔盘下淋降传质(传热)相结合的塔盘。立体传质塔盘的抗堵性能良好。2大型塔器国产化进程简述纵观炼油、乙烯和大化肥3大行业中的典型大型塔器的国产化进程,可见大型塔器国产化的概貌。若以大型塔器的国产化设计为界,大体上可将大型塔器国产化进程分为“洋为中用”与技术改造和创新集成与国产化设计2个阶段。2.1“洋为中用”与技术改造阶段在炼油行业,我国各炼厂100—300万t/a规模的常减压蒸馏装置中的常压塔和减压塔(塔径6400mm)在1980年以前基本上都是“洋为中用”的浮阀塔。经过10a技术改造,常压塔由浮阀改为条阀,减压塔由浮阀改为金属矩鞍环散装填料和EF-25A格里奇格栅填料,达到了节能、扩能、增效、达标的目的。自1990年起国内首次采用规整填料塔技术成功改造济南炼厂4200mm减压塔(润),继而安庆、抚顺、锦西、克拉玛依、兰州、茂名等炼厂在10a之内相继完成了常减压塔的技术改造。与此同时,系列国产专利技术应运而生,如槽盘式气液分